Was ist die Autokonvergenz beim Winkeldritteln?

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Was ist die Autokonvergenz beim Winkeldritteln?

Antwort

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Warum sind Parabeln in der klassischen Geometrie ausgeschlossen, in der cohaerentischen Geometrie aber erlaubt?

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Wie verändert sich das Volumen eines Kegels, wenn Radius und Höhe verdoppelt werden?

Accepted Answer

Die Autokonvergenz beim Winkeldritteln bezieht sich auf die Eigenschaft eines Verfahrens, das zur Berechnung des Drittels eines gegebenen Winkels verwendet wird. Ein bekanntes Verfahren ist das sogenannte "Winkeldrittelverfahren", das oft in der Geometrie und der numerischen Mathematik verwendet wird. Ein Verfahren ist autokonvergent, wenn es in jedem Schritt zu einer Verbesserung der Näherungslösung führt, die sich dem exakten Wert immer weiter annähert. Im Fall des Winkeldrittelns bedeutet dies, dass die Methode in der Lage ist, den Winkel in jedem Iterationsschritt präziser zu dritteln, bis die gewünschte Genauigkeit erreicht ist. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist die Verwendung von Trigonometrie und geometrischen Konstruktionen, um den Winkel schrittweise zu dritteln. In der Praxis kann dies durch iterative Näherungsverfahren oder durch spezielle geometrische Konstruktionen erfolgen, die die Eigenschaften der Winkel und der entsprechenden Dreiecke nutzen. Die Autokonvergenz ist ein wichtiges Konzept, da es sicherstellt, dass das Verfahren nicht nur theoretisch funktioniert, sondern auch praktisch anwendbar ist, um präzise Ergebnisse zu erzielen.

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In der klassischen Geometrie, insbesondere in der euklidischen Geometrie, stehen im Zentrum die sogenannten "Konstruktionen mit Zirkel und Lineal". Hierbei sind nur solche Objekte zugelassen... [mehr]

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In der klassischen Geometrie, insbesondere in der euklidischen Geometrie, stehen im Zentrum die sogenannten "Konstruktionen mit Zirkel und Lineal". Hierbei sind nur solche Objekte zugelassen, die sich mit diesen beiden Werkzeugen konstruieren lassen. Parabeln gehören nicht zu den Grundobjekten dieser Geometrie, weil sie sich nicht direkt mit Zirkel und Lineal konstruieren lassen. Die klassischen Konstruktionen beschränken sich auf Punkte, Geraden, Kreise und daraus abgeleitete Figuren. In der cohaerentischen Geometrie (auch als "kohärente Geometrie" bezeichnet), wie sie etwa von Karl von Staudt oder in moderneren axiomatischen Systemen betrachtet wird, werden die Beschränkungen der klassischen Werkzeuge aufgehoben. Hier können auch andere Kurven wie Parabeln, Ellipsen oder Hyperbeln als zulässige Objekte betrachtet werden, weil die Definitionen und Axiome allgemeiner gefasst sind. In solchen Systemen werden Parabeln als Schnittkurven von Ebenen mit Kegelflächen oder als spezielle algebraische Kurven zugelassen. Zusammengefasst: - **Klassische Geometrie:** Nur mit Zirkel und Lineal konstruierbare Objekte (Punkte, Geraden, Kreise) sind zugelassen; Parabeln sind nicht direkt konstruierbar und daher nicht zugelassen. - **Cohaerentische Geometrie:** Erweiterte Definition von zulässigen Objekten; Parabeln und andere Kegelschnitte sind erlaubt, da die Beschränkung auf Zirkel und Lineal entfällt. Weitere Informationen zu den Unterschieden findest du z.B. bei [Wikipedia: Klassische Konstruktion](https://de.wikipedia.org/wiki/Klassische_Konstruktion) und [Kegelschnitt](https://de.wikipedia.org/wiki/Kegelschnitt).

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Eine geometrische Linie ist in der Mathematik eine unendliche, gerade Verbindung zwischen zwei Punkten ohne Breite und Dicke. Sie verläuft immer in einer Richtung und hat keine Krümmung. Ei... [mehr]

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Eine geometrische Linie ist in der Mathematik eine unendliche, gerade Verbindung zwischen zwei Punkten ohne Breite und Dicke. Sie verläuft immer in einer Richtung und hat keine Krümmung. Eine Kurve hingegen ist eine geometrische Figur, die nicht gerade verläuft, sondern sich in beliebiger Weise krümmen kann. Sie kann offen oder geschlossen sein und ihre Richtung beliebig oft ändern. Zusammengefasst: - **Linie:** immer gerade, keine Krümmung - **Kurve:** kann gekrümmt sein, Richtung kann sich ändern Beide sind idealisierte mathematische Objekte ohne Breite und Dicke.

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Du meinst vermutlich Nikolai Iwanowitsch Lobatschewski (auch geschrieben Lobachevski oder Lobachevsky). Er war ein russischer Mathematiker, der vor allem für seine Arbeiten zur nicht-euklidischen... [mehr]

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Du meinst vermutlich Nikolai Iwanowitsch Lobatschewski (auch geschrieben Lobachevski oder Lobachevsky). Er war ein russischer Mathematiker, der vor allem für seine Arbeiten zur nicht-euklidischen Geometrie bekannt ist.

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Isometrie ist ein Begriff aus der Mathematik, insbesondere der Geometrie. Er bezeichnet eine Abbildung (Transformation) eines Raumes, bei der die Abstände zwischen allen Punkten erhalten bleiben.... [mehr]

Accepted Answer

Isometrie ist ein Begriff aus der Mathematik, insbesondere der Geometrie. Er bezeichnet eine Abbildung (Transformation) eines Raumes, bei der die Abstände zwischen allen Punkten erhalten bleiben. Das bedeutet: Wenn zwei Punkte vor der Abbildung einen bestimmten Abstand zueinander haben, bleibt dieser Abstand auch nach der Abbildung gleich. Typische Beispiele für Isometrien in der Ebene sind Verschiebungen (Translationen), Drehungen und Spiegelungen. In der Praxis bedeutet das, dass eine Figur durch eine Isometrie zwar ihre Lage oder Orientierung ändern kann, aber ihre Form und Größe bleibt immer gleich. Isometrien spielen auch in anderen Bereichen eine Rolle, zum Beispiel in der Physik, der Informatik (z.B. bei isometrischer Grafik) oder der Architektur. Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Isometrie_(Mathematik)).

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Der Schwerpunkt eines Dreiecks ist der Punkt, an dem sich die drei Seitenhalbierenden (also die Geraden, die jeweils einen Eckpunkt mit der Mitte der gegenüberliegenden Seite verbinden) schneiden... [mehr]

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Der Schwerpunkt eines Dreiecks ist der Punkt, an dem sich die drei Seitenhalbierenden (also die Geraden, die jeweils einen Eckpunkt mit der Mitte der gegenüberliegenden Seite verbinden) schneiden. Er wird auch als "Centroid" bezeichnet. Eigenschaften des Schwerpunkts: - Er teilt jede Seitenhalbierende im Verhältnis 2:1, wobei der längere Abschnitt beim Eckpunkt liegt. - Der Schwerpunkt ist der "Mittelpunkt der Masse" eines homogenen Dreiecks. Berechnung der Koordinaten (bei gegebener Eckpunkten \(A(x_1, y_1)\), \(B(x_2, y_2)\), \(C(x_3, y_3)\)): \[ S\left(\frac{x_1 + x_2 + x_3}{3}, \frac{y_1 + y_2 + y_3}{3}\right) \] Der Schwerpunkt liegt also genau im arithmetischen Mittel der Koordinaten der drei Eckpunkte.

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Um die gegenseitige Lage von Ebenen und Geraden im Raum zu bestimmen, gehst du folgendermaßen vor: **1. Geradengleichung und Ebenengleichung aufstellen** - Geradengleichung (Parameterform):... [mehr]

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Um die gegenseitige Lage von Ebenen und Geraden im Raum zu bestimmen, gehst du folgendermaßen vor: **1. Geradengleichung und Ebenengleichung aufstellen** - Geradengleichung (Parameterform): \(\vec{g}(t) = \vec{p} + t \cdot \vec{r}\) (\(\vec{p}\): Stützvektor, \(\vec{r}\): Richtungsvektor, \(t \in \mathbb{R}\)) - Ebenengleichung (Normalenform): \(\vec{n} \cdot (\vec{x} - \vec{q}) = 0\) (\(\vec{n}\): Normalenvektor, \(\vec{q}\): Stützvektor der Ebene) oder (Parameterform): \(\vec{x} = \vec{q} + s \cdot \vec{u} + r \cdot \vec{v}\) (\(\vec{u}, \vec{v}\): Spannvektoren) **2. Einsetzen der Geradengleichung in die Ebenengleichung** Setze \(\vec{g}(t)\) für \(\vec{x}\) in die Ebenengleichung ein und löse nach \(t\): - In der Normalenform: \(\vec{n} \cdot (\vec{g}(t) - \vec{q}) = 0\) **3. Fallunterscheidung** - **a) Es gibt genau eine Lösung für \(t\):** Die Gerade schneidet die Ebene in einem Punkt (sie sind **schneidend**). - **b) Es gibt keine Lösung für \(t\):** Die Gerade ist **parallel** zur Ebene. Das ist der Fall, wenn der Richtungsvektor der Geraden \(\vec{r}\) senkrecht zum Normalenvektor der Ebene \(\vec{n}\) steht (\(\vec{n} \cdot \vec{r} = 0\)), aber der Stützvektor der Geraden nicht in der Ebene liegt. - **c) Es gibt unendlich viele Lösungen für \(t\):** Die Gerade liegt **in der Ebene**. Das ist der Fall, wenn \(\vec{n} \cdot \vec{r} = 0\) und der Stützvektor der Geraden die Ebenengleichung erfüllt. **Zusammengefasst:** 1. Setze die Geradengleichung in die Ebenengleichung ein. 2. Löse nach \(t\). 3. Prüfe, wie viele Lösungen es gibt: - Eine Lösung: schneidend - Keine Lösung: parallel - Unendlich viele Lösungen: Gerade liegt in der Ebene **Tipp:** Oft hilft es, die Normalenform der Ebene zu verwenden, da das Skalarprodukt (\(\vec{n} \cdot \vec{r}\)) direkt zeigt, ob die Gerade parallel zur Ebene ist. Weitere Infos findest du z.B. bei [Mathebibel.de](https://www.mathebibel.de/gerade-und-ebene-im-raum).

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Das Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist im Allgemeinen **nicht** mit endlich vielen Schritten möglich. Das ist ein klassisches Problem der antiken Geometrie, das 1837 von Pierre Wantzel bewi... [mehr]

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Das Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist im Allgemeinen **nicht** mit endlich vielen Schritten möglich. Das ist ein klassisches Problem der antiken Geometrie, das 1837 von Pierre Wantzel bewiesen wurde. Nur für bestimmte spezielle Winkel (z. B. 90°) ist das Dritteln mit Zirkel und Lineal möglich, aber nicht für beliebige Winkel. Falls in meinen vorherigen Antworten ein Widerspruch entstanden ist, tut mir das leid. Die korrekte Aussage ist: **Das exakte Dritteln eines beliebigen Winkels mit Zirkel und Lineal ist im Allgemeinen nicht möglich.** Weitere Informationen dazu findest du z. B. bei [Wikipedia – Winkeldrittelung](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung).

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Die Frage bezieht sich auf das klassische Problem der Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal und die Rolle von Gleichungen dritten Grades (Kubikgleichungen) dabei. **Hintergrund:** Das Winkeldrittelu... [mehr]

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Die Frage bezieht sich auf das klassische Problem der Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal und die Rolle von Gleichungen dritten Grades (Kubikgleichungen) dabei. **Hintergrund:** Das Winkeldrittelungsproblem fragt, ob es möglich ist, einen beliebigen Winkel nur mit Zirkel und Lineal exakt zu dritteln. Die alten Griechen versuchten das, aber es gelang ihnen nicht für alle Winkel. **Unmöglichkeitsbeweis:** Der Unmöglichkeitsbeweis (z.B. von Pierre Wantzel, 1837) zeigt, dass das allgemeine Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal nicht möglich ist. Der Grund: Die Konstruktionen mit Zirkel und Lineal können nur solche Zahlen (Längen) erzeugen, die sich durch eine endliche Folge von Quadratwurzeln (also durch Lösen von Gleichungen 2. Grades) aus den gegebenen Zahlen gewinnen lassen. Das entspricht mathematisch sogenannten "Konstruktionen mit quadratischen Erweiterungen". Beim Versuch, einen Winkel α zu dritteln, landet man auf der Gleichung: \[ \cos(3\theta) = 4\cos^3(\theta) - 3\cos(\theta) \] Setzt man \(\theta = \alpha/3\), ergibt sich eine kubische Gleichung für \(\cos(\alpha/3)\). Für viele Winkel ist diese Gleichung nicht durch wiederholtes Ziehen von Quadratwurzeln lösbar, sondern erfordert das Lösen einer Gleichung 3. Grades, was mit Zirkel und Lineal im Allgemeinen nicht möglich ist. **Warum ist die Gleichung 3. Grades im Beweis zugelassen?** Im Unmöglichkeitsbeweis wird gezeigt, dass das Lösen einer Gleichung 3. Grades (wie \(y = x^3\)) im Allgemeinen nicht mit Zirkel und Lineal möglich ist. Die Gleichung ist also **gerade deshalb** im Beweis zugelassen, weil sie zeigt, dass die Lösung außerhalb der Möglichkeiten von Zirkel und Lineal liegt. **Warum kann man mit y = x³ nicht real dritteln?** Die Funktion \(y = x^3\) beschreibt eine kubische Beziehung. Um einen Winkel zu dritteln, müsste man eine kubische Gleichung lösen können. Mit Zirkel und Lineal kann man aber nur lineare und quadratische Gleichungen (also bis zum Grad 2) konstruieren. Das Lösen von \(y = x^3\) (also das Ziehen einer Kubikwurzel) ist mit diesen Werkzeugen nicht möglich. **Zusammengefasst:** - Im Unmöglichkeitsbeweis wird die kubische Gleichung verwendet, um zu zeigen, dass das Winkeldritteln im Allgemeinen nicht mit Zirkel und Lineal möglich ist. - In der Praxis kann man mit Zirkel und Lineal keine kubischen Gleichungen lösen, also auch nicht \(y = x^3\), und daher auch nicht jeden Winkel dritteln. **Weiterführende Links:** - [Winkeldrittelung – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung) - [Pierre Wantzel – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Pierre_Laurent_Wantzel)

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Das Volumen \( V \) eines Kegels berechnet sich mit der Formel: \[ V = \frac{1}{3} \pi r^2 h \] Angenommen, der ursprüngliche Radius ist \( r \) und die ursprüngliche Höhe ist \( h \)... [mehr]

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Das Volumen \( V \) eines Kegels berechnet sich mit der Formel: \[ V = \frac{1}{3} \pi r^2 h \] Angenommen, der ursprüngliche Radius ist \( r \) und die ursprüngliche Höhe ist \( h \). **Neue Werte:** - Der Radius wird verdoppelt: \( r_{neu} = 2r \) - Die Höhe wird halbiert: \( h_{neu} = \frac{h}{2} \) Setze die neuen Werte in die Volumenformel ein: \[ V_{neu} = \frac{1}{3} \pi (2r)^2 \left(\frac{h}{2}\right) \] \[ V_{neu} = \frac{1}{3} \pi (4r^2) \left(\frac{h}{2}\right) \] \[ V_{neu} = \frac{1}{3} \pi \cdot 4r^2 \cdot \frac{h}{2} \] \[ V_{neu} = \frac{1}{3} \pi \cdot 2r^2 h \] \[ V_{neu} = 2 \left(\frac{1}{3} \pi r^2 h\right) \] \[ V_{neu} = 2V \] **Fazit:** Das Volumen des Kegels verdoppelt sich.

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Das Volumen \( V \) eines Kegels berechnet sich mit der Formel: \[ V = \frac{1}{3} \pi r^2 h \] Wenn sowohl der Radius \( r \) als auch die Höhe \( h \) verdoppelt werden, setzt man \( r'... [mehr]

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Das Volumen \( V \) eines Kegels berechnet sich mit der Formel: \[ V = \frac{1}{3} \pi r^2 h \] Wenn sowohl der Radius \( r \) als auch die Höhe \( h \) verdoppelt werden, setzt man \( r' = 2r \) und \( h' = 2h \) ein: \[ V' = \frac{1}{3} \pi (2r)^2 (2h) = \frac{1}{3} \pi \cdot 4r^2 \cdot 2h = \frac{1}{3} \pi \cdot 8r^2 h = 8 \left( \frac{1}{3} \pi r^2 h \right) = 8V \] Das Volumen des Kegels wird also **achtmal so groß**.